Устройство для управления манипулятором

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ, содержащее задатчик сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего блоков управления , первый выход первого блока управления соединен с последовательно соединенными первым усилителем мощности, первым двигателем, первым редуктором и первым датчиком положения, первый выход второго бло ка управления соединен с последовательно соединенными восьмым усилите лем мощности, восьмым двигателем, восьмым редуктором и вторым датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом второго блока управления и первым входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и втopы. входом первого блока управления, третий вход с выходом третьего датчика положения , а выход - с вторым входом третьего блока управления, выход которого соединен с первыми входаьш первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с последовательно соединенными пятым усилителем мощности, пятым двигателем , пятым редуктором и третьим датчиком положения, выход второго сумматора соединен с последовательно соединенными четвертым усилителем мощности, четвертым двигателем и четвертым редуктором, входы последовательно соединенных второго усилителя мощности, второго двигателя , второго редуктора и последовательно соединенных шестого усилителя мощности, шестого двигателя , шестого редуктора соединены с вторым входом первого сумматора, входы последовательно соединенных (Л третьего усилителя мощности, третьего , двигателя, третьего редуктора и последовательно соединенных седьмого усилителя мощности, седьмого двигателя, седьмого редуктора соединены с вторым входом второго сумматора , отличающееся тем, что, с целью повышения динамической точности, устройство содержит два Эд блока перекрестных связей и блок согласования, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров, а первый и второй входыс вторыми выходами первого и второго блоков управления, выход первого блока перекрестных связей соединен с вторыми входами второго и третьего усилителей мощности, вторые выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока перекрестных связей, выход второго блока перекрестных связей соединен с вторыми входами шестого и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (i9) (Ilj

4(з1) С 05 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТВЙ (21) 3632148/24-24 (22) 02.08.83 (46) 15.06.85. Бюл. У 22 (72) А.А.Жарков, С.А.Исаков, П.Н.Винокуров и Ю.А.Загорский (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 510362, кл. В 25 J 9/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3596151/24, кл. G 05 В 11/00 ° 1983 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

МАНИПУЛЯТОРОМ, содержащее задатчик сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первьми входами первого, второго и третьего блоков управления, первый выход первого блока управления соединен с последова» тельно соединенными первым усилителем мощности, первым двигателем, первым редуктором и первым датчиком положения, первый выход второго бло ка управления соединен с последовательно соединенными восьмым усилите лем мощности, восьми двигателем, восьмым редуктором и вторым датчиком положения, выход которого сое» динен с вторым входом второго блока управления к первым входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и вторым, входом первого блока управления, третий вход с выходом третьего датчика положения, а выход — с вторым входом третьего блока управления, выход которого соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с последовательно соединенными пятым усилителем мощности, пятым двигателем, пятым редуктором и третьим датчиком положения, выход второго сумматора соединен с последовательно соединенными четвертым усилителем мощности, четвертым двигателем к четвертым редуктором, входы последовательно соединенных второго усилителя мощности, второго двигателя, второго редуктора и последовательно соединенных шестого усилителя мощности, шестого двигателя, шестого редуктора соединены с вторым входом первого сумматора, входы последовательно соединенных третьего усилителя мощности, третье

ro.äâèãàòåëÿ, третьего редуктора и последовательно соединенных седьмого усилителя мощности, седьмого двигателя, седьмого редуктора соединены с вторым входом второго сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности, устройство содержит два блока перекрестных связей к блок согласования, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров, а первый и второй входыс вторыми выходами первого и второго блоков управления, выход первого блока перекрестных связей соединен с вторыми входами второго и третьего усилителей мощности, вторые выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока перекрестных связей, выход второго блока перекрестных связей соединен с вторыми входами шестого и седьмого усилителей мощности, вторые выходы которых соединены саот—

1161914 ветственно с первым и вторым входами второго блока перекрестных связей.

Изобретение относится к роботатехнике и может быть использовано при создании робототехнических систем различного назначения.

Известно устройство управления манипулятором, содержащее задатчик, регистр координаты, регистр адреса, дешифратор, преобразователи код— фаза, блоки управления, двигатели, датчики положения (1), Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройства управления мапипулятарам, содержащее задатчик сигналов, первый выход которого соединен с первым выходом первого сумматора и с последовательно соединенными первым блоком управле!и!я > первым усилителем мощности, первым двигателем. первым редуктором и первым датчиком поло- 2О жепия, выход которого соединен с вто-рым вхадоы первого блока управления и .первым входом вычислительного блока, первый выход которого соединен с последовательно соединенными вторым 2» блокам управления., третьим усилителем мощности, третьим двигателем и третьим редуктором, второй вход вто-. рого блока управления соединен с вы- ходом первого сумматора,, второй 3О вход которого соединен с вторым выходом задатчика сигналов и с последовательно соединенными третьим блоком управления, восьмым усилителем мощности, восьмым двигателем, восьмым редуктором и вторым датчиком положения, выход которого соединен с вторыми входами третьего блока управления и вычислительногс блока, третий вход которого соединен с выхс о дам третьего датчика положения, и второй выход - с последовательно соединенными четвертым блоком управления, вторым сумматором, пятым, усилителем мощности, пятым двигателем, пятым редуктором и третьим датчиком положения, второй вход четвертого блока управления соединен с третьим выходом задатчика сигналов, первый вход третьего сумматора соединен с выходом второго блока управления с последовательно соединенными седьмым усилителем мощности, седьмым редуктором и инвертаром, выход которого соединен с последовательно соединенными вторым усилителем мощности, вторым двигателем, вторым редуктором, с последовательно соединенными шестым двигателем, шестым редуктором и с вторым входом второго сум! !атора, первый вход которого соединен с вторым третьего сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными четвертым усилителем мощности, четвертым двигателем и четвертым редуктором 32) .

Однако известное устройство характеризуется низкой динамической точностью, поскольку не учитываются различия динамических характеристик систем регулирования выходными координатами манипулятора.

Целью изаоретения является повышение динамической точности.

Поставленная цель достигается те,, что в устройство для управления манипулятором, содержащее задатчик сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего блоков управления, первый выход первого блока управления соединен с последовательно соединенными первым усилителем мощности, первым двигателем, первым редуктором и первым датчиком положения, псрвый выход второго блока управления соединен с последовательно соединен!!ыми восьмым усилителем мощности, восьмым двигателем, восьмым редуктором и вторым датчиком положения, выход которого соединен с вторым уходом второго блока управления и первым входам вычислительнсi-o блока, утарсй вход которого соединен с выходом первого датчика

1161914 положения и вторым входом первого блока управления, третий вход — с вы ходом третьего датчика положения, а выход — с вторым входом третьего блока управления, выход которого 5 соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с последовательно соединенными пятым усилителем мощнос» ти, пятым двигателем, пятым редуктором и, третьим датчиком положения, выход второго сумматора соединен с ,последовательно соединенными четвертым усилителем мощности, четвертым двигателем и четвертым редуктором, входы последовательно соединенных второго усилителя мощности, второго двигателя, второго редуктора и последовательно соединенных шестого усилителя мощности, шестого двига- 20 теля, шестого редуктора соединены с вторым входом первого сумматора, входы последовательно соединенных третьего усилителя мощности, третьего двигателя, третьего редуктора и последовательйо соединенных седьмого усилителя мощности, седьмого двигателя, седьмого редуктора соединены с вторым входом второго сумматора, дополнительно введены два 36 блока перекрестных связей и блок согласования, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров, а первый и второй входы- 3S с вторыми выходами первого и второго блоков управления, выход первого блока перекрестных связей соединен с вторыми входами второго и третьего усилителей мощности, вторые выходы щ которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока перекрестных связей, выход вто» рого блока перекрестных связей соеди» нен с вторыми входами шестого и сець мого усилителей мощности, вторые выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока перекрестных связей.

На фиг.1 представлена блок-схема р устройства управления манипулятором, на фиг.2 — расположение двигателей в ромбическом звене, на фиг.3 — блок« схема вычислительного блока, на фиг.4 - блок-схема блока управления. у

При этом приняты следующие обозначения: Я вЂ” угол при вершине ромби ческого звена между осью ординат и осью правого модуля; cp> — угол при вершине ромбического звена между осью ординат и осью левого модуля; (- угол

"раскрытия" ромбического звенаугол между осями левого и правого модуля; — угол поворота оси вращения выходного органа ромбического звена, (- угол при основании ромбического звена между осью вращения ромбического звена и осью левого модуля О,;О 8- „; Q - требуемые значения геометрических параметров poM" бического звена соответственно.

Система управления ромбическим манипулятором„ которая, согласно (1) может быть построена из нескольких ромбических звеьнев, состоит иэ идентичных устройств управления ром» бическими звеньями.

Устройство управления манипулятором содержит задатчик 1 сигналов, блоки 2, 3 и 4 управления, блок 5 согласования, сумматоры.6 и 7, усилители 8-15 мощности, блоки 16 и 17 перекрестных связей, исполнительные органы 18-22, состоящие иэ последо вательно соединенных двигателя и редуктора, исполнительные органы 23, 24 и 25, состоящие из последовательно соединенных двигателя, редуктора и датчика положения, вычислительный блок 26, сумматор 27, корректирующее звено 28, инвертор 29, сумматор 30, регулятор 31 тока, усилитель 32, корректирующее звено 33, сумматор 34, двигатель 35, редуктор 36, датчик 37положения.

Блок управления {фиг.4) содержит сумматор 38, регулятор 39 положения, сумматор 40, регулятор 41 скорости, днфференциатор 42.

Вычислительный блок (фиг.3) содержит сумматор 43, масштабный усилитель 44, сумматор 45.

Устройство управления работает следующим образом.

Так как работа ромбических звеньев, составляющих ромбический манипулятор, идентична друг другу, то работу системы управления поясним на примере работы устройства управления однозвенным ромбическим манинулятором.

Углы ф, и (P однозначно определяют положение выходного органа (точка А на фиг. 2) однозвенного ромбическога манипулятора в плоскости XOY»

116 1974

При одинаковом изменении 6», и ( происходит перемещение выходного органа по оси Y, если изменения Ц», и (1» различны, угол раскрытия" » == и„ вЂ” (» постоянен происходит повоB

9 рот выходного органа вокруг точки 0 .

Если угол "раскрытия" »»г изменяется, -о происходит одновременное перемещение выходного органа по (и »

Угол »,» определяет угол поворота оси вращения выходного органа однозвенного ромбического манипулятора, Датчик 37 положения, расположенный в исполнительном органе 23, изменяет угол Я, представляющий собой

15 г сумму двух углов, угла поворота

ЧY и половину угла раскрытия !

Величина ОУ определяется по формуле

4 <{» - 8

26

0Ц ь 2 2

=q =q — — — (1)

Вычислительный блок 26 позволяет определить значение 0 < по формуле(1).

Заданные значения геометрических параметрон звена М,; сС б и < поступа25 ют на входы соответствующих блоков управления 2, 3 и 4.

Система автоматического регулирования по ф, является линейной следящей системой. В блоке 3 управления ЗО (фиг.3) на сумматоре 38 определяется сигнал ошибки системы (К„ — »1»„), усиливается в регуляторе 39 положения и затем сравнивается с определяемым дифференциатором 42 сигналом скорости изменения выходного сигнала (, на сумматоре 40. Выходной сигнал сумматора 40 (К (к,-g„)-(f,j поступает на пропорционально-интегральный регулятор 41 скорости, вырабатываю- gg щий управляющее воздействие, поступающее на вход усилителя мощности.

В усилителе мощности на сумматоре 30 определяется сигнал разности между входным воздействием и. сигналом, про- 45 порциональным току, протекающему через двигатель. Разностный сигнал поступает на регулятор 31 тока, вырабатывающий сигнал управления, усиливаемый усилителем 32, электродвигате- у лем 35, расположенным в исполнительном органе.

Управляющее воздействие изменяет угол (» ромбического звена, что приводит к изменению положения выход- ного органа ромбического манипулятора.

Работа систем автоматического регулирования по(p> и gq> аналогична вышеописанной. Отличительной особенностью работы системы по автоматического регулирования является то, что исполнительным элементом явля ется сопряженная пара двигателей, расположенных в исполнительных органах

22 и 23.

Усилия, изменяющие положение манипуляторов, возникают в том случае, когда моменты на выходных валах двигателей, составляющие сопряженную пару, направлены в разные стороны. Это условие обеспечивается за счет подачи на двигатели разнополярных управляющих напряжений (инвертор 29).

Для повышения динамических характеристик необходимо, чтобы величины моментов на выходных валах двигателей сопряженной пары были равны друг другу. Реализация этого условия осуществляется за счет перекрестных связей, в котором на сумматоре 34 .определяется сумма сигналов ошибки

I токовых контуров управления двигателями, входящими в сопряженный узел вращения (выходной сигнал сумматора

30). Затем полученная сумма преобразуется в корректирующем звене 33 и поступает на третий вход сумматора 30, выравнивая значение моментов на выходных валах двигателей.

Управляющее воздействие на сопряженные пары двигателей вырабатываются блоком 5 согласования. С выхода сумматора блоков 3 и 4 управления на вход сумматора 27 блока согласования поступают сигналы, пропорциональные,,аб, ф, и Ч и их производным.

Выходной сигнал сумматора 27 определяется как

4т=" 4< "га <«(

2 г 1 » 0 » 2(1»(Сигнал Ц поступает через корректирующее звено 28 и инвертор 29 на усилители 8-13 мощности, осуществляя управляющее воздействие, обеспечивающее равенство требуемого Q< и дейи. ft ствительного g угла раскрытия

Блок 5 согласования также компенсирует разли1ие динамических характеристик систем автоматического регулирования по tg, и (Р путем выработки корректирующих воздействий на сопряженные пары двигателей, повышая тем самым динамическую точность всего устройства управления в целом.

1161914

ll6l9l4

1161914

Составитель Г.Нефедова

Техред 0.Ващишина Корректор, А.Тяско

Редактор М.Бандура

Филиал ЛПИ "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 3967/49 Тираж 863 Подписное

ВИИИЕ1 Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5